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《中国研究人员研制出全球首块氢负离子原型电池，标志该技术从原理概念到实验验证突破》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-09-25

  • 转自全球技术地图

    据科技日报9月18日消息，中国科学院大连化学物理研究所的研究人员开发了一种新型氢负离子电解质，并在此基础上成功研制出全球首块氢负离子原型电池，标志着氢负离子电池实现从原理概念到实验验证的跨越。研究人员通过创新设计，采用“核壳结构”策略，用氢化钡包裹三氢化铈，研制出兼具高氢负离子电导率、低电子电导率、高稳定性的氢负离子电解质。基于该材料，研究人员成功组装出氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984毫安时/克，充放电循环20次后仍保持402毫安时/克的容量。研究人员进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，成功点亮了LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。研究人员表示，氢负离子电池是一种全新的储能技术路径，有望在大规模储能、储氢、移动电源等领域发挥重要作用。相关研究成果发表在《自然》期刊。

  • 原文来源：https://mp.weixin.qq.com/s/pctj6gjsYeT4BqFrFeNJbQ
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  • 《科研人员研发出首例氢负离子原型电池》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2025-09-18
    • 近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、曹湖军与副研究员张炜进团队，在氢负离子导体开发及其应用方面取得重要进展。该团队开发出新型核壳结构氢负离子电解质，并构建出首例氢负离子原型电池。 氢被认为是未来清洁能源体系的重要组成部分，通常以氢正离子（质子）、氢负离子和氢原子三种形式存在。其中，氢负离子电子密度高，易极化、反应性强，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。氢负离子电池是该领域的重要研究方向。与目前广泛使用的锂离子电池类似，氢负离子电池利用离子的移动来存储和释放能量。不同的是，这类电池的内部的“搬运工”不再是锂离子，而是氢负离子。然而，由于缺乏能同时满足高离子电导率、低电子电导率、优良热稳定性和电化学稳定性，以及与电极材料良好兼容性的电解质材料，迄今为止，氢负离子电池尚处于原理概念阶段，其研发具有重要的科学意义和应用前景。 2018年，该团队启动氢负离子传导研究，并于2023年提出了“晶格畸变抑制电子电导”策略，研制出室温超快氢负离子导体。在此基础上，团队以低电子传导且高稳定性的氢化钡（BaH2）薄层包覆稳定性较差的三氢化铈（CeH3），形成了新型核壳结构复合氢化物（3CeH3@BaH2），该材料在室温下即可展现快速的氢负离子传导特性，兼具优异的热稳定性与电化学稳定性，是一种理想的电解质材料。 基于上述新型氢负离子电解质材料，该团队利用经典的储氢材料氢化铝钠（NaAlH4）作正极，贫氢的二氢化铈（CeH2）作负极，组装出CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4这一氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984 mAh/g，且经过20次充放电循环后，仍能保持402 mAh/g的容量。团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，并点亮了黄色LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。这标志着我国科研人员实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。 9月17日，相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。
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  • 《新技术突破有望扭转氢燃料电池的成本困境》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-12-22
    • 随着全球向可再生能源的转变势头强劲，出现了一个关键挑战：如何在太阳能和风能不可用的时期有效储存能源。通过合作研究实现的氢燃料电池技术突破，通过用银替代催化剂中的铂金属，大幅降低了成本，标志着向经济实惠、高效的绿色能源存储迈出了重要一步。 得益于能源部 SLAC 国家加速器实验室、斯坦福大学和丰田研究院 (TRI) 的基础研究，氢燃料电池这一领先的竞争者刚刚获得了巨大的推动，斯坦福大学和以色列理工学院合作开发出一种燃料电池装置，该研究最近已转化为实践。 SLAC 和斯坦福大学联合 SUNCAT 界面科学与催化中心的副科学家 Michaela Burke Stevens 表示：“氢燃料电池在能量存储和转换方面确实具有巨大的潜力，它可以使用氢作为汽油等的替代燃料，但食用燃料电池仍然相当昂贵。” 伯克·史蒂文斯 (Burke Stevens) 表示，问题在于燃料电池通常依赖于含有昂贵铂族金属 (PGM) 的催化剂，以促进化学反应，从而使系统正常工作。这促使伯克·史蒂文斯和她的同事寻找使催化剂更便宜的方法，但对燃料电池的化学成分进行如此根本性的改变是一项艰巨的挑战：科学家经常发现在他们的小型实验室设置中起作用的催化剂并不奏效。 这一次，研究人员通过用更便宜的替代品白银部分替代铂族金属来平衡成本。但真正的关键是简化将催化剂添加到电池电极上的化学配方。 科学家通常将催化剂混合到液体中，然后将其铺展到网状电极上，但这些催化剂配方在不同的实验室环境中使用不同的工具并不总是以相同的方式发挥作用，这使得将工作转化为现实世界的应用变得困难。“湿化学工艺对于实验室条件而言并不是特别有弹性，”SUNCAT 总监 Tom Jaramillo 说道，正是该公司使此次合作成为可能。 为了解决这个问题，SLAC 团队使用真空室来更受控地将新催化剂沉积到电极上。“这种高真空工具是一种‘所见即所得’类型的方法，”Jaramillo说。“只要你的系统校准得好，原则上人们就可以很容易地重现它。” 为了确保其他人能够复制他们的方法并将其直接应用于全尺寸燃料电池，该团队与以色列理工学院的专家合作，他们证明了该方法在实际的燃料电池中有效。 “这个项目并不是为了在这里进行燃料电池测试而设立的，因此我们非常幸运。”该项目的斯坦福大学研究生 José Zamora Zeled?n 与达里奥·德克尔 (Dario Dekel) 和他在以色列理工学院的博士生约翰·道格林 (John Douglin) 建立了联系，他们的目的是测试实际的燃料电池，因此这是一个非常好的资源组合， 两个团队共同发现，通过用更便宜的银替代以前催化剂中使用的一些铂族金属，他们可以以低得多的价格实现同样有效的燃料电池——现在他们有了一种行之有效的催化剂开发方法，借此可以开始测试更雄心勃勃的想法。 “我们可以尝试完全不含铂族金属，”Jaramillo 说，他是以色列理工学院化学工程教授兼大以色列理工学院能源项目主任，他对此次合作的潜力同样感到兴奋。“这对于燃料电池的研究以及燃料电池行业的实际催化剂开发都有很大的好处，”他说。 展望未来，此类研究将决定燃料电池是否能够发挥其潜力。燃料电池对于重型运输和清洁能源存储来说确实令人兴奋且有趣，但最终还是要降低成本，这就是这项合作的目的。 来源：ScitechDaily
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